Расчёт видео усилителя
по курсу “Телевидение”
учащемуся дневного отделения курса 3 группы РРТ-01
колледжа «Энтел» при Алматинском институте энергетики и связи
Луганскому Денису Николаевичу.
Тема задания: Расчёт видео усилителя.
Исходные данные:
1. Передающая трубка…………………………….. ЛИ-420
2. Полоса частот……………………………………50 Гц-6 МГц
3. Искажения на fmax не более……………………..15 %
4. Выходной сигал………………………………….0,25 В
5. Размер мишени……………………..……………9,5?12,7 мм
6. Разрешающая способность в центре……………600
7. Сопротивление нагрузки…………………………50 Ом
8. Сопротивление источника……………………….5 кОм
9. Мн = Мв ………………………………………….. 2,6
10. Выходная ёмкость………………………………..8 пФ
При выполнении курсового проекта должны быть представлены:
Введение
1. Расчёт структурной схемы и определение числа каскадов пред усилителя;
2. Электрический расчёт эмиттерного повторителя, работающего на кабель.
3. Электрический расчёт пред оконечного каскада.
4. Расчёт и построение динамической характеристики. Расчёт коэффициента передачи пред оконечного каскада.
Заключение
Приложение
Список используемой литературы.
Графическая часть:
1.Структурная схема видео усилительного устройства.
2.Принципиальная электрическая схема устройства.
Содержание
Развёрнутое техническое задание……………………….….……3
Введение……………………………………………………..…….4
1. Расчёт структурной схемы……………………………………….5
2. Расчёт ЭП, работающего на кабель………………………….…..8
3. Расчёт ПОК видео усилителя…………………………………...11
4. Расчёт и построение сквозной динамической хар-ки…………12
Заключение……………………………………………………….14
Список литературы………………………………………………15
Приложение………………………………………………………16
Введение
Видео усилитель – это усилитель, который усиливает электрический видеосигнал, который состоит из меняющихся картинок изображения. Для точного воспроизведения формы сигнала усилитель не должен вносить больших частотных и фазовых искажений. Для того, чтобы искажения формы сигнала отсутствовали, фазовые сдвиги в усилителе либо должны вообще отсутствовать, либо величина их должна быть пропорциональна частоте.
В данной курсовой работе нам нужно спроектировать и рассчитать предварительный усилитель телевизионной камеры, работающий на 50-омный кабель.
2. Расчёт структурной схемы.
1. Амплитуда входного и выходного тока:
Iвх m = Uвх m / Rист;
Iвх m = 0,0015 /5?10-3 = 3 мкА;
Iвых m = Uвых m / Rист ;
Iвых m = 0,25 / 50 = 5 мА;
2. Определим общий коэффициент усиления:
Кт общ = Iвых m / Iвх m;
Кт общ = 0,005 / 3?10-6 = 1666;
Полярность входного сигнала должна соответствовать полярности выходного, поэтому число каскадов видео усилителя должно быть чётным.
Табл.1
N 1-2 2-3 3-4 4-5
Кр Сотни раз Тысячи раз Десятки тысяч раз Сотни тысяч раз
Согласно таблице 1 выбираем количество каскадов, исходя из рассчитываемого коэффициента усиления, учитывая, что количество каскадов должно быть полным:
N = 2;
3. Проверяем возможность усиления двумя каскадами:
Кт необх = Кт общ / Кт ок ;
Кт необх = 1666 / 50 = 33
Для согласования со входом предающей трубкой нужно добавить эмиттерный повторитель. Обычно транзистор в промежуточном каскаде включают по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОЭ зависит от граничной частоты fh21б (граничная частота усиления потоку). В каскадах применяется эмиттерная высокочастотная коррекция, поэтому полоса пропускания будет также зависеть от наличия этой коррекции, от глубины отрицательной обратной связи и коэффициента коррекции. Отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания, но уменьшает коэффициент усиления по мощности предыдущего каскада. При использовании в предварительных каскадах транзисторов с низкой граничной частотой fh21б для получения требуемой полосы пропускания приходиться увеличивать число каскадов.
4. Исходя из заданных условий, выбираем транзистор:
КТ312Б – n-p-n.
Табл.2
h21e 25-100 ?к 500 пс Uкэ нас 0,18 В Пт 50 МГц
fт 120 МГц h21э 30 Iк доп 30 мА iэб0 0,1 мкА
Ск 5 пФ rб 80 Ом iкб0 доп 0,2 мкА Uкэм 30 В
Рк 225 мВт Uкэ м 30 В Uбэ нас 0,83 В rб 80 Ом
Граничная частота транзистора равна:
fh21б = mfт ;
fh21б = 1,6?120 = 192 МГц,
где m для диффузионных транзисторов равен 1,6.
5. Рассчитываем коэффициент усиления по току промежуточного каскада:
Кт пк = (0,2?h21э)2?Nобщ – 1 ;
Кт пк = (0,2?50)2?(2-1) = 100 ;
Очевидно, что требуемое Кт пк необх = 100 от двух каскадов промежуточного усиления получить можно.
6. Произведём распределение допустимых на весь видео усилитель частотных искажений Мн и Мв между его цепями:
Табл.3.
Наименование каскадов и цепей Допустимые искажения в дБ.
НЧ ВЧ
Выходная цепь ЭП 0 0
Входная цепь ЭП 0,5 0,7
Цепь эмиттерной стабилизации 2 каскада 0,35 0,3
Входная цепь 2 каскада 0,7 0,75
Цепь эмиттерной стабилизации 1 каскада 0,35 0,1
Входная цепь ВУ 0,7 0,75
Всего: 2,6 2,6
Рис. 1. Структурная схема видео усилителя
3. Расчёт эмиттерного повторителя, работающего на кабель.
8. Находим необходимый размах эмиттерного тока:
?Iэ = Uвых / Rн;
?Iэ = 0,25 / 50 = 0,005 А = 5 мА;
9. Максимальный ток коллектора:
iк мах = 3?Iэ;
iк мах = 3?5 = 15 мА;
10. Необходимая граничная частота усиления:
fh21б ? (10…20)Fв;
fh21б ? 20?6 = 120 МГц;
11. Выбираем транзистор для оконечного каскада: ГТ 308Б
Табл.4
h21э 50-120 fT 120МГц ik max 50 мА CK 8пФ
rб 50 Ом rэ 2.6 Ом Uкэ мах 12 В Uкб мах 20 В
Pk max 150 мВт Тп 55? С
12. Определим напряжение источника коллекторного питания 2,8 В:
Ек ? i k maxRн + ек ост;
Ек ? 15?50 + 0,7 = 1,45 В;
Принимаем стандартное значение напряжения источника ЕК=1,5 В
13. Определяем средний ток коллектора:
Icр = Ек / 2Rн ;
Icр = 1,5 / 100 = 0,015 А = 15 мА;
14. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе:
Рк = Iк ср? Ек ;
Рк = 0,015?1,5 = 0,0225 Вт ;
15. Строим статические характеристики транзистора и определяем режим работы (см. приложение).
16. По статическим характеристикам определяем токи коллектора:
I к max = 15 мА;
I k min = 5 мА ;
Iк 0 = 10 мА;
17. По выходным статическим характеристикам определяем токи базы и напряжения эмиттер – база :
I б max = 0,3 мА ;
I б min = 0,1 мА ;
I б0 = 0,2 мА ;
Uбэ max = 0,2 В;
Uбэ min = 0,12 В;
Uбэ0 = 0,15 В;
17. Рассчитываем параметры эквивалентной схемы транзистора в рабочей точке:
С к = Ск спр3? U кэ опр / U кэ0 ;
С к = 8? 3? 12 /0,7 = 20,6 пФ ;
rэ = 26 / I к0 ;
rэ = 26 / 14 = 1,8 Ом;
18. Определяем диффузионную ёмкость:
С эд = 1 / 2?f h21б?rэ ;
С эд = 1 / 2?3,14?120?106?2,6 = 5,1?10-10 Ф;
19. Определим время обратной связи:
?к = rб? Ск ;
?к = 50?8 = 400 пс;
20. Входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером:
Rвх оэ = rб + rэ(1 + h21э ) ;
Rвх оэ = 50 +2,6(1 + 77) = 252,8 Ом ;
21. Крутизна характеристики эмиттерного тока:
Sэ = 1 + h21э / rб + rэ(1 + h21э ) ;
Sэ = 78 / 252,8 = 0,301 А/В;
22. Определяем величину сквозной характеристики эмиттерного тока:
Sэ скв = 1 + h21э / Rиэ + rб + rэ(1 + h21э ) ;
Sэ скв = 78 / 1000 + 252,8 = 0,06 А/В,
считаем, что эквивалентное сопротивление источника Rиэ = Rк пр = 1000 Ом ;
22. Определяем коэффициент передачи эмиттерного повторителя:
Кэп = Sэ?Rн / 1 + Sэ?Rн ;
Кэп = 0,301?50 / 1 + (0,301?50) = 0,94 ;
23. Входное сопротивление ЭП:
Rвх эп = Rвх оэ (1 + Sэ?Rн) ;
Rвх эп = 252,8(1 + 0,301?50) = 4057,44 Ом ;
24. Рассчитываем выходное сопротивление :
Rвых = 1 / Sэ скв ;
Rвых = 1 / 0,06 = 17 Ом ;
25. Строим входную вольт-амперную характеристику транзистора и отмечаем рабочую точку (см приложение).
26. Рассчитываем цепь температурной стабилизации режима :
T n max = Т0 окр max + РрасRпс ;
T n max = 30 + 150?10-3?0,225 = 30,03?С,
Если T n max ? T n спр, то радиатор не нужен.
26. Принимаем температуру переходов минимальную T n min = 10?С ;
27. Рассчитываем максимальное и минимальное значение напряжения база-эмиттер :
Uбэ max = Uбэ0 + 0,0022(20 - T n min) ;
Uбэ max = 0,15 + 0,0022(20 - 10) = 0,172 В ;
Uбэ min = Uбэ0 - 0,0022(T n max - 20 ) ;
Uбэ min = 0,15 – 0,0022(30,03 - 20) = 0,13 В ;
28. Принимаем сопротивление резистора в цепи базы :
R д2 = (3 – 5)Rк пр = 4000 Ом ;
29. Рассчитываем сопротивление делителя R д1 :
R д1 = R д2 (h21э min / (1 + h21э min))(Е ист - Uбэ max ) – Rэ ст I k min
(Rэ ст + R д2 )I k min–(h21э min /1+h21э min)( I k0 min R д2-Uбэ max) R д1
R д1 =(4000(50/51)(1,5–0,172) -50?5?10-3)/(4050?5?10-3-(50 /51)?19,58) =5190 Ом ;
30. Определяем эквивалентное сопротивление делителя :
R д = R д1R д2 / R д1 + R д2 ;
R д = 5190?4000 / 5190 +4000 = 2260 Ом ;
31. Так как Rвх эп ?R д, то коллекторная цепь ПОК включается в ОК без разделительного конденцатора и делителя в цепи базы..
4.Расчёт ПОК видео усилителя
32. Определяем напряжения эмиттер - земля и база - земля электронного прибора в точке покоя, то есть проверяем возможность получения от предыдущего каскада напряжения и тока видеосигнала :
U эз0 = Iк 0Rн ;
U эз0 = 10?10-3?50 = 0,5 В ;
U бз0 = -( U эз0 + Uбэ0 ) ;
U бз0 = - (0,5 + 0,15) = -0,65 В ;
33. Размах тока базы электронного прибора :
?I б = ?I э / 1 + h21э ;
?I б = 5?10-3 / 78 = 64 мкА ;
34. Размах тока в цепи коллектора :
?I к пр = ?I б(Rвх эп / Rк?пр) ;
?I к пр = 64?10-6 (4057 / 1000) = 0,026 мА ;
35. Определяем ток покоя транзистора ПОК :
I к0 пр = 2?I к пр ;
I к0 пр = 2?0,0026 = 0,052 мА ;
36. Определяем падение напряжения на резисторе Rк :
URк пр = I к0 пр ?Rк пр ;
URк пр = 0,052?10-3?1000 = 0,052 В ;
37. Е ист = 1,5 В, то напряжение на резисторе развязывающего фильтра :
URф пр = ?Еист? - ? U кз пр + URк пр ? ;
URф пр = 1,5 - ?-0,65 + 0,052? = 0,9 В ;
38. Определяем сопротивление резистора фильтра :
Rф пр = URф пр / I э0 пр ;
Rф пр = 0,9 / 0,052?10-3 = 17307 Ом ;
Принимаем стандарт ОМЛТ – 0,125 Rф пр=18 кОм ;
5.Рассчёт и построение сквозной динамической характеристики
39. Рассчитываем сквозную динамическую характеристику транзистора :
U вых = f(Е иэ) ;
U вых = f(U вх) ;
Данный расчёт сведём в таблицу.
Рассчитываем токи эмиттера :
i э1 = i к1 + i б1 = 3 + 0,08 = 3,08 мА ;
i э2 = i к2 + i б2 = 5 + 0,1 = 5,1 мА ;
i э3 = i к3 + i б3 = 10 + 0,2 = 10,15 мА ;
i э4 = i к4 + i б4 = 13 + 0,25 = 13,17 мА ;
i э5 = i к5 + i б5 = 15 + 0,3 = 15,2 мА ;
i э6 = i к6 + i б6 = 16 + 0,35 = 16,22 мА ;
Рассчитываем напряжения эмиттер-земля :
U эз1 = i э1?Rэ? = 0,00308?50 = 0,154 В;
U эз2 = i э2?Rэ? = 0,0051?50 = 0,256 В;
U эз3 = i э3?Rэ? = 0,01015?50 = 0,507 В;
U эз4 = i э4?Rэ? = 0,01317?50 = 0,658 В;
U эз5 = i э5?Rэ? = 0,0152?50 = 0,76 В;
U эз6 = i э6?Rэ? = 0,01622?50 = 0,81 В;
Рассчитываем входные напряжения :
U вх1 = U бэ1 + U эз1 = 0,254 В;
U вх2 = U бэ2 + U эз2 = 0,376 В;
U вх3 = U бэ3 + U эз3 = 0,66 В;
U вх4 = U бэ4 + U эз4 = 0,83 В;
U вх5 = U бэ5 + U эз5 = 1,06 В;
U вх6 = U бэ6 + U эз6 = 1,03 В;
Рассчитываем напряжения источник-земля :
Е из1 = U вх1 + iб1 ? R из = 0,334 В;
Е из2 = U вх2 + iб2 ? R из = 0,476 В;
Е из3 = U вх3 + iб3 ? R из = 0,86В;
Е из4 = U вх4 + iб4 ? R из = 1,08 В;
Е из5 = U вх5 + iб5 ? R из = 1,36 В;
Е из6 = U вх6 + iб6 ? R из = 1,38 В;
Табл. 5
N точек I к, мА i б,мА Uкэ, В U бэ, В i э, мА U эз, В U вх, В Е из, В
1 3 0,08 1,25 0,1 3,08 0,154 0,254 0,334
2 5 0,1 1,15 0,12 5,12 0,256 0,376 0,476
3 10 0,2 0,6 0,15 10,15 0,507 0,66 0,86
4 13 0,25 0,25 0,17 13,17 0,658 0,83 1,08
5 15 0,3 0 0,2 15,2 0,760 1,06 1,36
6 16 0,35 0 0,22 16,22 0,811 1,03 1,38
40. По сквозной динамической характеристике определяем коэффициент передачи транзистора :
К’ср эп = U вых max - U вых рт / U вх max - U вх рт ;
К’ср эп = 0,811 – 0,507 / 1,06 – 0,66 = 0,76
К’ср эп = U вых рт - U вых min / U вх рт - U вх min ;
К’ср эп = 0,507 - 0,154 / 0,66 – 0,254 = 0,869 ;